JPH04209766A - 窒化アルミニウム基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子回路基板として使用される窒化アルミニウ
ム基板の製造方法に関する。

［従来技術及び発明が解決しようとする課題］一般に、
窒化アルミニウムは熱伝導性に優れているため、発熱量
の大きなチップを搭載するための回路基板に使用される
。ところが、窒化アルミニウム基板は金属に対する濡れ
性に劣るので、例えばその表面を回路パターン形成用の
銅によって直接メタライズすることが困難であった。

この問題を解消するため、特開昭５９−４０４０４号公
報には、窒化アルミニウムを空気中で加熱して、その表
面に酸化層を形成した後、タフピッチ電解銅板を重ね合
わせて、加熱処理することにより、窒化アルミニウム基
板に銅板を接合するようにした窒化アルミニウム基板の
製造方法が開示されている。

しかしながら、上記の従来方法では、基板の表面に充分
な厚みの酸化層を形成することが難しく、銅板と基板と
の間の十分な結合強度を確保することができないという
問題があった。

本発明者らは上記の点に着目して種々検討を重ねた結果
、窒化アルミニウム基材の表面に銅の薄膜を形成した後
、その薄膜を酸化させ、その薄膜に銅板を重ね合わせて
、銅と酸化銅の共晶温度以上、銅の融点未満の温度まで
加熱することにより、前記薄膜を介して窒化アルミニウ
ム基材に銅板を接合すれば、銅の窒化アルミニウムに対
する濡れ性ヲ改良して、窒化アルミニウム基板に銅板を
強固に結合でき、その銅板の剥離を未然に防止すること
ができることを見い出した。

本発明は上記の知見に基づいてなされたものであって、
その目的は、窒化アルミニウム基材に銅板を簡単且つ確
実に結合させることができ、両者間に十分な結合強度を
確保することが可能な窒化アルミニウム基板の製造方法
を提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］上記の目的を達
成するため、本発明は、窒化アルミニウム基材の表面に
銅の薄膜を形成する工程と、その薄膜を酸化させる工程
と、酸化された薄膜に銅板を重ね合わせる工程と、銅と
酸化銅の共晶温度以上、銅の融点未満の温度まで加熱す
ることにより、前記薄膜を介して窒化アルミニウム基材
に銅板を接合する工程とからなる。

窒化アルミニウム基材に銅の薄膜を形成して、その薄膜
を酸化すれば、窒化アルミニウム基材に銅に対する濡れ
性に優れた酸化銅の薄膜が均一に形成される。その後、
銅と酸化銅の共晶温度以上、銅の融点未満の温度まで両
者を加熱すると、窒化アルミニウム基材と銅板との接合
部分に、酸化銅、銅、及び窒化アルミニウムを含む共晶
が形成されて、両者が強固に結合される。

前記銅の薄膜は、スパッタリング、化学メッキ及びペー
スト塗布の内のいずれか一つの方法によって形成される
ことが望ましい。これらのいずれの方法によっても、最
終的には所望する酸化銅及び窒化アルミニウムの結合が
得られる。

前記薄膜の酸化処理は空気中にて約３００℃で１０分間
行われることが望ましく、この条件で薄膜を処理すれば
、窒化アルミニウム基材に銅に対する濡れ性に優れた酸
化銅の薄膜が均一に形成される。

前記処理温度３００℃より低い場合、及び前記処理時間
が１０分より短い場合には、薄膜の酸化が十分でないた
め、銅板の接合に必要な酸素を供給することができない
。一方、前記処理温度を３００℃より高く、及び前記処
理時間を１０分より長くしたとしても、得られる効果は
あまり変らない。

前記共晶温度以上、銅の融点未満の温度は１０６８°Ｃ
〜１０７５℃の範囲であることが望ましい。

即ち、最も高い温度下でも銅板の大部分が固体である状
態に制御する事が必要とされる。　“１０６８℃未満の
場合には、アルミニウム基材と銅板との接合部分におけ
る酸化銅、銅、及び窒化アルミニウムを含む共晶形成が
十分でないため、両者の結合は弱くなる。１０７５℃を
越えると、銅板が溶融して銅板が原型をとどめず、また
界面に酸化銅、銅、及び窒化アルミニウムを含む共晶が
形成されない。

前記銅板の接合処理は、１１００ｐｐ以下の酸素を含む
不活性ガス雰囲気で行われることが望ましく、例えば、
窒素、アルゴン、ヘリウム等のような不活性ガスを使用
することが好ましい。

前記の接合処理が１１００ｐｐを越える酸素を含む不活
性ガス雰囲気中で行われる場合、過度の酸化のため銅板
が膨張し、平滑な表面が形成されない。また銅板中に過
度に酸素が拡散するため電気特性が劣化する。しかし、
この条件に従えば、接合処理後にも銅板全体が酸化され
ることはなく、接合部分のみに酸化銅を形成でき、銅板
表面の平滑性が保持される。

一方、前記の接合処理が反応性雰囲気中で行われた場合
、銅板表面に形成される酸化被膜を除去する工程が必要
になる。

前記銅板は１００〜２０００ｐｐｍの酸素を含有するこ
とが望ましい。前記条件を満たすものとして、例えば酸
素を含有するタフピッチ電解銅を使用する事が好ましい
。

この場合、酸素濃度が１１００ｐｐ未満であると、強固
な結合にし得るだけの酸素が供給されない。また、２０
００ｐｐｍを越える酸素を供給しても結合強度に大差が
ないばかりでなく、良電導性という銅本来の特性が失わ
れるため好ましくない。

前記窒化アルミニウム基材は銅薄膜の形成に先立って予
め煮沸洗浄や酸素プラズマ処理及び紫外線オゾン処理等
が施されていることが望ましい。

こうすることにより、前記窒化アルミニウム基材の表層
に付着した不純物を、容易に除去することができる。

［実施例１］ 次に、本発明を電子回路基板に具体化した実施例につい
て、図面に基づいて説明する。

まず、第１図（ａ）に示すように、窒化アルミニウム基
材１表面に、化学メッキによって銅薄膜２を形成する。

この場合、銅薄膜２の形成に先立って予め窒化アルミニ
ウム基材１表面を煮沸洗浄しておく。次に、空気中にて
約３００℃で１０分間の条件で酸化処理を行い、銅薄膜
２を酸化銅層３に変える（第１図（ｂ））。続いて、こ
の酸化銅層３にタフピッチ電解銅板４を接触させ、窒素
ガス雰囲気中で１０７２℃に加熱する（第１図（Ｃ））
。

これらの一連の処理の後、はぼ室温まで冷却して接合状
態を調査した。

その結果、第１図（ｄ）に示すように、窒化アルミニウ
ム基材ｌと接合されたタフピッチ電解銅板４との間には
共晶層５が形成され、この共晶層５が介在することで、
両者が強固に接合されていることが判明した。その結合
強度は、１０　ｋｇｆ／ｃｍであった。また、タフピッ
チ電解銅板４表面が部分的に膨れ上がることもなく、平
滑な表面が得られた。

［実施例２］ 次に、本発明を電子回路基板に具体化した別の実施例に
ついて説明する。

本実施例において、窒化アルミニウム基材１表面に銅薄
膜２を形成する工程、及びその酸化処理工程については
、実施例１と同様である。

本実施例２では、第２図に示すように、銅板６に予め空
気中にて約３００℃で１０分間の酸化処理を施し、その
一方の表面、即ち窒化アルミニウム基材ｌとの接触面の
みに酸化銅層７を形成する。

その後、前記銅板６の酸化銅層７を窒化アルミニウム基
材１上の酸化銅層３に接触させ、窒素ガス雰囲気中で１
０７２℃に加熱する。これらの一連の処理の後、はぼ室
温まで冷却して接合状態を調査した。

その結果、窒化アルミニウム基材ｌと銅板６との間には
、実施例１と同様に共晶層が形成され、この共晶層の介
在により、両者が強固に接合されていることが判明した
。その結合強度は、９　ｋｇｆ／ｃｍであった。また、
銅板表面が部分的に膨れ上がることもなく、平滑な表面
が得られた。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものでなく、以下
のような態様にすることも可能である。

（ａ）前記実施例１及び実施例２にて行った、空気中に
おける銅薄膜２及び銅板６の酸化処理に代え、酸素以外
の酸化性化合物を使用し、化学的に酸化銅を形成させて
もよい。

（ｂ）前記実施例２では、窒化アルミニウム基材１との
接触面のみ酸化処理を施しているが、もし両面を酸化す
る方がより簡便であれば、その方法にて酸化処理を行っ
ても差し支えない。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明における窒化アルミニウム
基板の製造方法によれば、窒化アルミニラム基材に銅板
を簡単且つ確実に結合させることができると共に、両者
間に十分な結合強度を確保することが可能な窒化アルミ
ニウム基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は実施例１における窒化アルミニ
ウム基板の製造工程を示す概略図、第２図は実施例２に
おける窒化アルミニウム基板の一製造工程を示す概略図
である。 １・・・窒化アルミニウム基材、２・・・銅薄膜、３．
７・・・酸化銅層、４・・・タフピッチ電解銅板、６・
・・銅板。 特許出願人　　イビデン株式会社

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．窒化アルミニウム基材の表面に銅の薄膜を形成する
   工程と、 その薄膜を酸化させる工程と、 酸化された薄膜に銅板を重ね合わせる工程と、銅と酸化
   銅の共晶温度以上、銅の融点未満の温度まで加熱するこ
   とにより、前記薄膜を介して窒化アルミニウム基材に銅
   板を接合する工程と からなる窒化アルミニウム基板の製造方法。
2. ２．前記銅の薄膜は、スパッタリング、化学メッキ及び
   ペースト塗布の内のいずれか一つの方法によって形成さ
   れる請求項１に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法
   。
3. ３．前記薄膜の酸化処理は空気中にて約３００℃で１０
   分間行われる請求項１に記載の窒化アルミニウム基板の
   製造方法。
4. ４．前記共晶温度以上、銅の融点未満の温度は１０６８
   ℃〜１０７５℃の範囲である請求項１に記載の窒化アル
   ミニウム基板の製造方法。
5. ５．前記銅板の接合処理は、１００ｐｐｍ以下の酸素を
   含む不活性ガス雰囲気で行われる請求項１に記載の窒化
   アルミニウム基板の製造方法。
6. ６．前記銅板は１００〜２０００ｐｐｍの酸素を含有す
   る請求項１に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
7. ７．前記窒化アルミニウム基材は銅薄膜の形成に先立っ
   て予め煮沸洗浄されている請求項１に記載の窒化アルミ
   ニウム基板の製造方法。